Литература / Пиотровский_Электрические_машины_учебник_1974

/ к = 1J) (7В) при / = const и U — 0. Опыт трехфазного короткого замыкания производится по схеме на рис. 35-5, а. Так как активное сопротивление обмотки якоря относительно очень мало, то замкну­ тая накоротко синхронная машина представляет собой практически чисто индуктивное сопротивление. Поэтому ток короткого замыка­ ния I к отстает от э. д. с. Еп на угол як я/2 (рис. 35-5, б) и, следо­ вательно, создает только продольную размагничивающую реакцию якоря Fad, которой соответствует продольный размагничивающий

поток реакции якоря Фа(і, и создаваемая им э. д. с. Èad — —jiKxad.

Кроме того, существует еще поток рассеяния Фа, и создаваемая

им э. д. с. рассеяния Еа = —]1кха. Следовательно, диаграмма э. д. с. для случая короткого замыкания синхронного генератора приобре­ тает вид, показанный на рис. 35-5, б. Поток Фа(і носит фиктивный характер, так как в одном сердечнике не могут одновременно суще­ ствовать два встречно направленных потока Фп и Фясі. Поток Фст, составляющий примерно 10 ч-15% Фп, считается реально сущест­ вующим. Поэтому магнитная цепь синхронного генератора в режиме короткого замыкания практически не насыщена, и характеристика короткого замыкания имеет вид прямой, проходящей через начало координат (рис. 35-6).

35-5. Определение ненасыщенного значения продольной синхронной индуктивности xd

Из диаграммы э. д. с. на рис. 35-5, б следует, что

407

Для заданного значения тока возбуждения / в э. д. с. Еп опреде­ ляется по характеристике холостого хода, а ток І к — по характери­ стике короткого замыкания (рис. 35-6). Но при коротком замыкании сталь генератора не насыщена, поэтому для определения Еп следует пользоваться либо начальной прямолинейной (ненасыщенной) частью

мой спрямленной частью характеристики холостого хода, представ­ ляющей продолжение участка OD и показанной на рис. 35-6 преры­ вистой линией ОБ. Для тока возбуждения Ів0 = ОК э. д. с. Еп — КВ (а не KG по действительной характеристике холостого хода) и / к = -= КН. Таким образом, xd = ЕППК = КВ/КН.

Значение xd, полученное по спрямленной характеристике холо­ стого хода и характеристике короткого замыкания, называется нена­ сыщенным. Это один из важных параметров синхронной машины. Продольное синхронное сопротивление xd выражается в относитель­ ных единицах или процентах [формулы (35-5а) и (35-56)]. Численные

шение напряжений по спрямленной и действительной характери­

т. е. отношение короткого замыкания выражается отношением тока возбуждения, соответствующего номинальному напряжению при холостом ходе, к току возбуждения, соответствующему номиналь­ ному току якоря при трехфазном коротком замыкании.

Значение ко к з оказывает большое влияние на габариты машины и определяет степень устойчивости параллельной работы синхрон­ ного генератора. Численные значения /с0,Кі3 см. табл. 35-1.

408

35-7. Определение насыщенного значения xd. Нагрузочная индуктивная характеристика

При нагрузке сталь машины насыщена и, следовательно, ее маг­ нитная проницаемость меньше, чем при коротком замыкании. Поэтому насыщенное значение сопротивления xd при нагрузке меньше, чем ненасыщенное значение его, полученное из опыта короткого замы­ кания. При этом э^ненас — const (рис. 35-6), тогда как xdKac — пере­ менная величина, зависящая от степени насыщения стали.

на другую синхронную машину подходящей мощности, используе­ мую как индуктивная катушка. На нагрузочной характеристике

по характеристике холостого хода и определяется отрезком AB. Для этого случая на рис. 35-7, б построена диаграмма э. д. с., где

Значение xd, полученное по формуле (35-9), соответствует насы­ щенной машине. Определив ряд значений xd для разных значений токов / в, можно построить зависимость xd = ф (7В), показанную ли­ нией 3 на рис. 35-7,а, и использовать ее для определения AU.

409

35-8. Определение значения поперечной синхронной индуктивности xq

В слабонасыщенных неявнополюсных машинах с одинаковым за­ зором но всей окружности статора магнитные сопротивления по про­

В слабонасыщенных явнополюсных машинах поток Фа? попереч­ ной реакции якоря встречает на своем пути большее сопротивление,

Это можно сделать с помощью так называемого характеристического треугольника, для построения которого нужно иметь: характери­ стику холостого хода 1 на рис. 35-9, характеристику трехфазного

угольник можно построить следующим образом. По характеристике короткого замыкания находят ток возбуждения Івк = ОА, соответ ствующий току / к = / н (рис. 35-9). Ток / вк состоит из тока / Ва, необходимого для уравновешивания продольно-размагничивающей реакции якоря, создаваемой током / к = / н, и тока Іва, необходимого для создания э. д. с. Еа = Інха (без учета активного сопротивления обмотки якоря). Если в принятом для напряжения масштаба FD = Еа,

410

то по характеристике холостого хода / вст = OD\ тогда AD = h a. Треугольник ADF со сторонами AD = ІВа и FD = Еа есть искомый характеристический треугольник.

Так как сопротивление ха обычно неизвестно, то для его опре­ деления пользуются нагрузочной индуктивной характеристикой. При снятии этой характеристики в генераторе имеется, так же как и при коротком замыкании, практически только прододьно-размаг- ничивающая реакция якоря.

Поэтому при одинаковом в обоих случаях токах / 3 = /„ харак­ теристические треугольники будут также одинаковые. Точка А является первой точкой индуктивной характеристики. Чтобы полу­ чить всю эту характеристику (линию 3), нужно перемещать харак­ теристический треугольник параллельно самому себе так, чтобы вер­ шина F все время оставалась на характеристике холостого хода.

Отсюда вытекает способ построения характеристического тре­ угольника и определения сопротивления ха. На линии 3 берут точку А, соответствующую номинальному напряжению, и проводят через нее прямую, параллельную оси абсцисс. По характеристике короткого замыкания определяют отрезок ОА для тока / к = / н- Откладывают влево от точки А1 отрезок А10 1 = АО и проводят через точку прямую, параллельную начальной части характеристики холостого хода, до пересечения с этой характеристикой в точке Fx.

35-10. Упрощенная диаграмма э.д.с. Синхронное индуктивное сопротивление

Упрощенная диаграмма э. д. с. является частным случаем основ­ ной диаграммы э. д. с. Для неявнополюсного ненасыщенного гене­ ратора, как это указано в § 36-8, xd — х ,

поэтому нет надобности рассматривать каж­ дый из этих параметров, а можно ввести синхронное индуктивное сопротивление Ясх = xd = xq. Тогда

Ed= Id?d = 1Л х sin ф иEq = I qxq= Iprcx cos ф.

На рис. 35-10 векторы Ëq = DM и Ed==МА построены обычным образом. Они представ­ ляют собой катеты прямоугольного треу­ гольника AMD, гипотенуза которого AD = = Іххсх. Так как угол ADM = ф, то век­

производится следующим путем. Под углом ср к вектору тока / 3 строят вектор напряжения OD — U, затем перпендикулярно к век-

411

тору тока / х проводят из точки D вектор DA — І ххсх. Тогда

Если хсх определяется по начальной или спрямленной части характеристики холостого хода и по характеристике короткого замы­ кания (рис. 35-6), то упрощенная диаграмма э. д. с. справедлива только для ненасыщенных генераторов неявнополюсного типа. Если же генератор насыщен или явнополюсный, то проводимости по про­ дольной и поперечной осям уменьшаются, вследствие чего действи­ тельное значения хсх меньше его ненасыщенного значения. Чтобы повысить точность данной диаграммы при определении изменения напряжения AU; можно для построения взять насыщенное значение хсх, определяемое по характеристике холостого хода и нагрузочной индуктивной характеристике (рис. 35-7), для точки U — Uu на нагрузочной характеристике. Опыт показывает, что в этом случае диаграмма дает вполне удовлетворительные результаты.

сительных единицах для синхронных машин, выполненных в СССР

на заводе «Электросила». Цифра над чертой дроби представляет собой среднее значение, цифры под ней — пределы, в которых находится данный параметр. Однако следует заметить, что, в связи с вопросом об устойчивости работы электросистем при передаче энергии на большие расстояния, приходится проектировать машины с гораздо

35-12. Практическая диаграмма э.д.с.

Практическая диаграмма э. д. с. часто используется на электро­ машиностроительных заводах. Ее основное отличие от ранее приве­ денных диаграмм состоит в том, что в ней берутся не фиктивные

412

индуктивные сопротивления, эквивалентные действию реакции якоря, а непосредственно намагничивающая сила якоря Fa, что делает возможным учет изменяющегося насыщения стали, Но при этом намагничивающую силу Fa не разлагают на продольную и попереч­ ную составляющие и, следовательно, не учитывают разницы между неявно- и явнополюсным типом генераторов.

Для построения практической диаграммы необходимо снять (или рассчитать): характеристику холостого хода 1, характеристику ко­ роткого замыкания 2 (трехфазного) (рис. 35-11) и, кроме того, опре­ делить активное сопротивление якоря гх и индуктивное сопротивле­ ние рассеяния ха (по характеристическому треугольнику на рис. 35-9). Впрочем, сопротивлением гх часто, в особенности в машинах большой

]1нх0, опережающего вектор тока Ін на я/2 (активное падение напря жения здесь не учитывается). Из центра 0 радиусом OB проводится дуга до пересечения с осью ординат в точке Ъи последняя сносится в точку С на характеристике холостого хода. Тогда отрезок OD определяет собой ток возбуждения / в0, необходимый для создания э. д. с. Ер н.

Реакция якоря учитывается следующим образом. Для тока / к =

— Ін = FG находится по характеристике короткого замыкания ток

соответствующий реакции якоря. Чтобы получить полный ток воз­ буждения / в н = ОМ, нужно геометрически сложить отрезки OD = / в0 и DM = LG = / ва. При этом нужно иметь в виду, что отрезок CD равен вектору OB р= ЕѴІІ по величине, но повернут относительно последнего на угол у по вращению часовой стрелки. Поэтому отре­ зок DM — Іт нужно провести под углом ф' — фн -j- у к отрезку CD,

413

Ч

Практическая диаграмма э. д. с. справедлива только для неявно­ полюсных генераторов, для которых нет необходимости производить разложение реакции якоря по двум осям. Но все же, как показывает опыт, она дает хорошее совпаде­ ние с опытными данными и в ге­ нераторах явнополюсного типа.

т. е. оно превышает rlt более чем в 40 раз. На этом основании активным падением напряжения пренебрегают.

Кроме приведенной выше практической диаграммы э. д. с., существует еще ряд других диаграмм, но, как показали исследова­ ния, все они дают практически равноценные результаты, хорошо совпадающие с результатами прямого испытания машины.

414

Г лава т р и д ц а т ь ш ест ая

РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

36-1. Виды рабочих характеристик

К числу рабочих характеристик синхронных генераторов отно­ сятся характеристики: а) нагрузочные; б) внешние; в) регулировоч­ ные; г) к. п. д. Здесь рассматриваются только три последние, так как из числа нагрузочных характеристик представляет интерес

Практический интерес представляет внешняя характеристика, снятая при изменении нагрузки генератора от номинальной до нуля.

Номинальной нагрузкой синх­ ронного генератора называется его работа при номинальном

3

2

1

напряжении, номинальном токе, номинальной скорости вращения, т. е. номинальной частоте и номинальном коэффициенте мощности cos фн, соответствующем смешанной активно-индуктивной нагрузке; обычно cos ф„ = 0,8, но генераторы большой мощности проекти­ руются для работы при cos фн = 0,85 -4- 0,90. Соответствующий номинальному режиму работы генератора ток возбуждения назы­ вается номинальным током возбуждения / вн.

В указанных условиях работы в генераторе существует значи­ тельная продольно-размагничивающая реакция якоря Fad (§ 34-3). Поэтому при уменьшении нагрузки напряжение U растет довольно быстро (линия 1 на рис. 36-1), так как при этом все более умень­ шается размагничивающее действие реакции якоря и падение напря­ жения в индуктивном сопротивлении рассеяния ха. При холостом ходе U0 = ОА и, следовательно, Д£/н* = (АО — FG)/FG.

415

На том же рис. 36-1 показаны еще две внешние характеристики (линии 2 и 3), снятые при cos ф = 1 и cos (—ф) = 0,8. Изменение напряжения по характеристике 2 меньше, чем по характеристике 1, так как при активной нагрузке продольно-размагничивающая реак­ ция якоря весьма невелика; при емкостной нагрузке имеется про- дольно-намагничивающая реакция якоря и изменение напряжения AU* = (('О — FG)/FG становится отрицательным.

Б. Регулировочная характеристика. Регулировочная характери­ стика представляет собой зависимость / в = ф (/) при U = £/н = const / = const и cos ф = const.

По этой характеристике можно судить о том, в каких пределах нужно изменить ток возбуждения / в, чтобы при заданной нагрузке поддерживать постоянным номинальное напряжение Un. Регулиро­ вочные характеристики для различных значений cos ф показаны на рис. 36-2.

36-2. Потери и к.п.д. синхронных генераторов

В синхронных машинах имеют место те же виды потерь, что и

вмашинах постоянного тока: потери механические; потери в стали и

вобмотках и добавочные потери.

A.Механические потери. Как указывалось в § 6-5, в механиче­ ские потери включаются потери на вентиляцию. Опыт показывает, что в быстроходных генераторах с воздушным охлаждением венти­ ляционные потери весьма велики и иногда превышают 50% общей суммы потерь в машине. Чтобы уменьшить их, была разработана так называемая водородная система охлаждения, т. е. такая, в которой охлаждающей средой служит водород, а не воздух. Основные харак­ теристики водорода были приведены в § 33-2, и там же были показаны перспективы дальнейшего развития генераторов с водородным охла­ ждением. Здесь же достаточно сказать, что при переводе быстроход­ ных генераторов мощностью 50 и 100 Мет с воздушного на водород­ ное охлаждение к. и. д. машины увеличивается на 0,7—0,9%.

Б. Потери в стали и в обмотках. К потерям в синхронных маши­ нах может быть отнесено все то, что было сказано об этих потерях

в§ 6-2, 6-3 и 6-4.

B.Добавочные потери. Добавочные потери имеют в синхронных

машинах большое значение и могут неблагоприятно повлиять на к. и. д. машины и на ее нагревание. Причинами возникновения доба­ вочных потерь являются: потоки рассеяния в статоре; высшие гар­ монические намагничивающей силы и потери, связанные с зубча­ тостью статора и ротора (в неявнополюсных машинах).

Наибольшее значение имеют потоки рассеяния в статоре. Они создают добавочные потери: в пазовой части обмотки статора; в ло­ бовых частях ее и во всех металлических частях, куда проникают потоки рассеяния, как, например, в нажимных плитах, бандажах, удерживающих обмотку, и т. д.

На величину добавочных потерь в пазовой части обмотки статора влияют отношение высоты паза к его ширине и укладка в пазу об­

416